和谐3型电力机车.docx

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和谐3型电力机车

HXD3型电力机车〔“和谐〞电3型〕，最初曾称SSJ3型、DJ3和神龙1型，是中国铁路的干线货运用电力机车车型之一，是“和谐型〞大功率交流电力机车系列其中一型。

  [隐藏] 

∙1 概要

o1.1 SSJ3型机车

o1.2 HXD3型机车

∙2 技术特点

o2.1 机车微机控制功能

o2.2 机车动力学性能

∙3 主要结构尺寸

∙4 机车主要技术性能指标

o4.1 工作电源

o4.2 牵引性能参数

o4.3 动力制动性能参数

∙5 机车总体结构/布置

o5.1 机车设备布置

o5.2 司机室设备布置

o5.3 车顶设备布置

o5.4 机车冷却系统

∙6 机车主要部件介绍

o6.1 真空断路器结构特点与优点

o6.2 牵引电动机

o6.3 受电弓

o6.4 驱动装置

o6.5 制动系统

o6.6 主变压器特点

o6.7 变流装置

o6.8 复合冷却器

∙7 车辆配属

∙8 发现问题

∙9 事故记录

∙10 其他

∙11 同级产品

∙12 参考资料

∙13 外部

[编辑]概要

在2006年“和谐型〞系列交流电力机车投产以前，中国铁路普遍缺乏大功率电力机车，当时只有韶山4型重联直流电力机车能达到总功率6400千瓦〔2×3200千瓦〕。

随着中国经济持续增长，铁路货运需求也随之增加，在2002年，时任铁道部副部长X志军提出铁路“跨越式〞开展大纲，其中一项为哪一项实现技术装备现代化，对重载货运机车技术进展整体引进；并向货运重载化开展，提高列车牵引重量〔牵引定额5,000吨以上〕，以求保持铁路在货物运输市场的优势。

铁道部的《铁路机车车辆工业科技开展“十五〞计划纲要》中明确指出，第十个五年计划期间，要研制最高速度120km/h的货运用电力机车，并采用国外流行的交流电传动技术，提升国产机车的设计制造水平。

于是铁道部决定订购能单机牵引5,000吨级重载列车的大功率交流电力机车，以应付中国铁路货运需求。

[编辑]SSJ3型机车

某某机车于2001年起就开发大功率交流电传动货运电力机车进展研究，2001年6月正式申报开发项目并获铁道部批准，最初定型为SSJ3，总体主管设计师是X会岩[1]。

由于当时中国缺乏制造IGBT VVVF牵引逆变器等技术，因此某某机车选择与日本东芝合作研制新型机车，并于2002年9月成立合资公司[2]，由东芝提供机车牵引逆变器与控制系统。

SSJ3型交流电力机车在研制过程中采用了集成化、模块化的设计，车体采用框架式整体承载结构和标准化司机室，车体外观是在韶山7E型电力机车根底上略作调整。

走行部为两个三轴转向架，轴式Co-Co，使用东芝的大功率逆变器，六轴每轴装有一台1,200kW交流电牵引电动机，整车输出功率为7,200kW。

技术上，SSJ3型机车是中国铁路机车首次采用轴控技术，而非架控技术。

架控方式即是当转向架中有一台牵引电动机出现故障时，机车只能关闭整个转向架上的所有牵引电动机，并损失一半牵引力，但采用轴控技术的机车在同样情况下就可以单单关闭故障电动机，三轴转向架其它未故障的两台电动机继续运作，机车牵引力仅损失六分之一[3]。

另外其较长的固定轴距令机车通过较小曲线半径线路时也能发挥较好的性能。

机车制动系统根底制动使用盘式制动、电制动采用再生制动。

首台原型车编号SSJ3-0001，于2003年年底完成，2004年4月26日由某某厂下线，并先后前往同蒲铁路和铁道科学研究院环形线进展一系列试验[4]，试验于7月4日完成。

至2005年5月至6月间，SSJ3-0001车前往遂渝铁路参与“遂渝线200km/h提速综合试验〞，负责货物列车试验、双层集装箱列车试验和5000吨货物列车制动试验，其中试验时牵引3100吨货车最高速度达到136km/h[5]。

与后这辆机车一直待在环铁，至2008年送回某某厂。

[编辑]HXD3型机车

2004年6月，铁道部进展“大功率交流传动电力机车采购和技术引进项目〞招标。

同年10月27日，铁道部与某某机车签订合同，订购60辆新型机车，新车以试验型SSJ3-0001号车与日本货物铁道使用的EH500型作为技术平台[6]。

其中首4辆〔30001-30004〕整车进口，12辆〔30005-30016〕散件进口组装，东芝提供原装部件，包括牵引电动机等，由某某机车组装；其后44辆通过技术转让，由某某机车厂制造，并进展“国产化〞[7]。

新车使用东芝提供的TT-78型转向架与4,500V/900A IEGT牵引变流器[8]。

单机功率7,200千瓦。

网络控制技术可实现机车重联运行，微机控制技术实现实时监控以与故障报警。

用于牵引货运列车的HXD3型机车

首辆机车于2006年出厂，编号DJ3-0001。

[9] 首辆国产化机车于2006年12月8日出厂与交付使用。

[10] 某某机车开始交付首批编号由30017号车起始的44台机车为“国产化〞车辆，使用国产异步牵引电动机等部件，指其国产化比率达80%以上。

首辆机车出厂曾被改称为“神龙1型〞〔SL1〕，之后不久铁道部将通过引进技术制造的国产化大功率机车统一改称为“和谐型〞，而原来的神龙1型也改称“和谐型〞，编号改为HXD3xxxx〔HXD之后的第一个数字是生产厂商代号：

3代表某某机车〕。

2006年，铁道部追加订购了180台HXD3型机车，其总数量增至240台[10]，当中有部份机车由二七机车厂协助制造，二七厂制造的首辆该型机车〔编号HXD30061〕于2006年12月28日出厂[11]。

这批180台机车已于2008年4月完成生产。

2008年2月18日，铁道部再向某某机车增购400台HXD3〔HXD 30241-HXD 30640〕，总值近60亿元人民币[12]。

于同年8月起陆续交付。

第500辆HXD3型机车于2009年4月完成[13]。

这批机车全部于2009年交付完毕。

由于某某机车需同时应付HXN3型内燃机车和HXD3B型电力机车的研制和生产，生产能力紧X，而某某电力机车的HXD2型电力机车的生产任务在2008年12月15日完成，因此局部HXD3型机车的生产任务将交给某某厂负责。

某某厂生产的首台HXD3型机车〔HXD 38001〕在2009年7月底下线。

2009年10月，另外400台订单，从09年10月到10年6月期间交付。

2010年7月，某某机车〔220台〕和某某机车〔390台〕，2011年7月以前交付完毕。

据报道，某某机车的订单中有350台为HXD3C。

[编辑]技术特点

HXD3型机车的转向架

轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动〔持续〕牵引力大、恒功率速度X围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。

辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进展分类供电。

该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。

采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。

总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规X化司机室，有利于机车的安全运行。

车体的主要作用是承受上部载荷和传递机车牵引力；同时车体又是机车各动力机组和设备的安装根底；并要为乘务人员提供工作场所，因此，要求为乘务员提供良好的工作环境的同时，更为重要的是要求车体钢结构具有足够的强度和刚度。

采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。

转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。

采用下悬式安装方式的一体化多绕组〔全去耦〕变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。

采用独立通风冷却技术。

牵引电机采用由顶盖百叶窗进风独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。

采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。

机械制动采用轮盘制动。

采用了新型的模式空气枯燥器，有利于压缩空气的枯燥，减少制动系统阀件的故障率。

[编辑]机车微机控制功能

▪机车预备的顺序逻辑综合控制

▪机车牵引力和制动力控制

▪机车空电联合制动控制

▪机车主、辅电路过流、过压、欠压、接地等保护控制

▪机车空转/滑行保护控制

▪机车重联控制

▪机车轴重转移补偿控制

▪机车定速控制

▪停车状态下，微机控制系统自诊断功能

▪行驶过程中对被控对象进展实时在线监测诊断功能

▪故障信息的记录、保存和显示功能

▪故障记录的转储功能

[编辑]机车动力学性能

▪机车能以5km/h速度安全通过半径为125m的曲线，并应能在半径250m的曲线上进展正常摘挂作业。

▪机车单机以120km/h速度于平直道上施行紧急空气制动时，最大制动距离≤800m〔23t轴重〕/≤900m〔25t轴重〕

[编辑]主要结构尺寸

▪轨距：

1435mm

▪轴式：

Co-Co

▪机车总重：

138t %t〔23t轴重〕/150t %t〔25t轴重〕

▪轴重：

23+2t

▪机车前、后车钩中心距：

20846mm

▪车体底架长度：

19630mm

▪车体宽度：

3100mm

▪车体高度：

4100mm〔新轮〕

▪机车全轴距：

14700mm

▪转向架固定轴距：

2250+2000mm

▪车轮直径：

1250mm〔新轮〕/1200mm〔半磨耗〕/1150mm〔全磨耗〕

▪受电弓落下时，滑板顶面距轨面高度：

4775±30mm

▪受电弓滑板距轨面的工作X围：

5200～6500mm

▪车钩中心线距轨面高度〔新轮〕：

880±10mm

▪排障器距轨面高度：

110±10mm

[编辑]机车主要技术性能指标

[编辑]工作电源

电流制：

单相交流50Hz

额定电压：

25kV

在22.5kV～31kV之间时，机车能发挥额定功率，在22.5kV～17.5kV和17.5kV～17.2kVX围内机车功率按不同斜率线性下降，在17.2kV时功率为零；在31kV～31.3kVX围内机车功率线性下降至零。

[编辑]牵引性能参数

▪电传动方式：

交－直－交传动

▪持续功率：

7200kW

▪机车速度：

▪持续速度：

70km/h〔23t轴重〕/65km/h〔25t轴重〕

▪最高速度：

120km/h

▪起动牵引力：

520kN〔23t轴重〕/570kN〔25t轴重〕

▪持续牵引力〔半磨耗轮〕：

370kN〔23t轴重〕/400kN〔25t轴重〕

▪恒功率速度X围：

65km/h～120km/h〔25t轴重〕/70km/h～120km/h〔23t轴重〕

[编辑]动力制动性能参数

▪电制动方式：

再生制动

▪电制动功率：

7200kW〔70km/h～120km/h〕〔23t轴重〕/7200kW〔65km/h～120km/h〕〔25t轴重〕

▪最大电制动力：

370kN〔15km/h～70km/h〕〔23t轴重〕/400kN〔15km/h～65km/h〕〔25t轴重〕

[编辑]机车总体结构/布置

[编辑]机车设备布置

在机车的两端各设有一个司机室，两个司机室的中间是机械室。

在机械室内设有600mm宽的中央通道，在通道左右两侧设有主变流装置、通风机、压缩机等设备。

在车体下设有2台3轴的转向架与主变压器，在顶盖上设有高压电器。

车内设备布置以平面斜对称布置为主，设备成套安装，有利于机车的重量分配和机车的制造、检修和部件的互换等。

[编辑]司机室设备布置

司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、热水器、紧急放风阀、灭火器等设备。

司机室顶部设有空调装置（冷热）、风扇、头灯、司机室照明等设备。

司机室前窗采用电加热玻璃，窗外设有电动刮雨器，窗内设有电动遮阳帘；侧窗外设有机车后视镜。

在操纵台上设有TCMS显示器、ATP显示器、压力组合模块、司机控制器、制动控制器、扳键开关组、制动装置显示器、冰箱、暖风机、脚炉和膝炉。

[编辑]车顶设备布置

车顶设备配置分布在顶盖由3个顶盖上，1端顶盖、2端顶盖配置有受电弓，中央顶盖上配置有高压隔离开关、高压电压互感器、真空断路器、避雷器、接地开关等高压电器。

在中央顶盖上设有检修升降口，由此上车顶进展检修和维修作业。

（为确保安全，天窗设置钥匙联锁装置。

）

[编辑]机车冷却系统

主要包括主变压器系统冷却、主变流装置系统冷却、牵引电动机冷却、辅助电源装置冷却、空气压缩机的冷却与包括卫生间通风与车内换气等。

[编辑]机车主要部件介绍

[编辑]真空断路器结构特点与优点

真空断路器以真空作为绝缘介质和灭弧介质，利用真空状态下的高绝缘强度和电弧高扩散能力形成的去游离作用进展灭弧的。

电弧熄灭后，介质强度恢复速度特别高。

与空气断路器相比，它具有结构简单、工作可靠、分断容量大、动作速度快、绝缘强度高等诸多优点。

另外，真空灭弧室不需要检修，整机检修工作量小，维修方便。

[编辑]牵引电动机

HXD3型机车使用六台YJ85A型交流电牵引电动机，该型电机由东芝负责设计，永济电机引进相关技术进展生产，每台输出功率1,200kW。

首批永济厂批量生产的YJ85A电动机为数312台，于2006年12月完成交付。

至2007年12月20日，永济厂在2007年全年共生产了1158台YJ85A型牵引电动机供193辆HXD3机车使用。

由于日本的新型电力机车主要使用功率较小的牵引电动机，但重量较轻，所以比拟不好的铁路上也可以营运。

在中国国产化产品不与进口的同级产品成熟，在运用初期曾出现一些问题。

[编辑]受电弓

HXD3型电力机车所使用的DSA200受电弓改善了国产自行研发的受电弓对电网有磨坏的问题，令受电弓在机车高速运行的情况下运作良好。

[编辑]驱动装置

HXD3型电力机车均装配了六组由德国福伊特提供的SET-553型驱动装置。

2006年，铁道部向福伊特批出总值1,450万欧元的合同，订购1,440组驱动装置，供首240辆机车使用。

其中驱动装置的从动与主动齿轮已先后于2007年与2008年实现国产化。

[编辑]制动系统

HXD3型机车采用CCB-Ⅱ制动机，是参考国外机车仿制的一款空气制动机。

产品已经达到全面国产化，现在为“和谐〞系列电力、内燃机车广泛采用的一款制动机。

[编辑]主变压器特点

高压引线采用法国NEXANS公司的端子。

在低压套管出线装置中采用了新型合成树脂的出线装置，具有安装拆卸方便，可靠与使用寿命长的特点。

考虑到了机车的使用环境，提高了变压器的抗振性能，所以该变压器具有抗震、耐久的特点。

温度计等需要经常检测与保养的部件装配在油箱侧面，以便于进展维护保养、检查。

将通过强大电流的低压出线装置分别安装在主变流器最近处，使其间连线最短。

[编辑]变流装置

每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。

牵引变流器采用强制循环水冷方式。

这种方式具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点。

冷却液采用亚乙基二醇纯水溶液，确保在－40℃时不冻结。

另外，牵引变流器的冷却液和主变压器〔Mtr〕的冷却油经过复合冷却器循环，依靠复合冷却器风机进展强制风冷。

每组牵引变流器由一个四象限和一个逆变器组成。

整流器单元使用了模块化IGBT元件，采用脉宽调制〔PWM〕方式、两点式电压型，通过高次谐波整流和错开各组控制载波的相位，从而降低高次谐波和提高功率因数。

逆变器单元同整流器单元一样使用模块化IGBT元件、实现单元的标准化。

通过采用IGBT元件和32bit高速演算控制装置的配合，采用矢量控制方式，来实现电机转矩的控制，达到快速响应，提高粘着利用率和实现空转滑行保护控制。

辅助变流器〔APU〕是辅助电动机供电电路的核心。

APU向牵引通风机电机和压缩机电机等辅助机器供应三相交流电，具有变压变频〔VVVF〕控制和恒压恒频〔CVCF〕两种控制方式。

两台复合冷却器风机和六台牵引通风机电机为了确保适应机车状况的冷却风量和降低运转声音，按照VVVF控制模式进展设定。

APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供应由IGBT构成的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。

辅助变流器〔APU〕单独采用强制风冷方式。

机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。

在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，根本上以50%的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。

当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承当机车全部的辅助电动机负载。

此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。

[编辑]复合冷却器

复合冷却器的型号为FL220，复合型全铝合金板翅式高效冷却结构，上部为水散热器，用于冷却变流器，下部为油散热器，用于冷却主变压器。

全铝合金板翅式结构的油冷却器，具有每单位容积的传热面积大、性能优良、体积小、重量轻的优点。

空气冷却复合冷却器时，会在冷却器芯子的波纹形散热片上积留灰尘，灰尘过厚将影响散热效果，因此，在每一次中修时，均需要清洗冷却器芯子。

在堵塞严重时应进展水洗或用水蒸气进展清洗。

[编辑]车辆配属

首240辆HXD3型机车分别配属某某铁路局某某东机务段〔125台〕与某某铁路局江岸机务段〔115台〕[14]，2007年4月起投入服务[15]，成为中国铁路第六次大提速中干线货运重载、快捷运输的主型电力机车，主要担当牵引京沪线、京广线上的5000-5500吨重载货物列车，并接替了局部由美国制ND5型柴油机车牵引的货运车次。

在2008年8月起出厂的第三批新机车〔HXD 30241～〕中，目前已出厂的大多数被分配予某某铁路局某某东机务段和铁路局丰台机务段，少局部配属于某某铁路局某某机务段、某某铁路局江岸机务段和某某铁路局某某西机务段某某运用车间。

2008年12月10日起，某某铁路局某某机务段开始支配少局部某某东机务段的HXD3型机车，担当局部沪昆铁路某某南 - 株洲间的旅客列车机车交路。

由某某厂制造的首批机车〔HXD 38001～〕会于2009年底起配属某某铁路局。

配属

数量

上局宁东段

武局江段

京局丰段

京局石段

济局西段

某某局

某某局

某某局

上局沪段

[编辑]发现问题

在首批HXD3投入服务初期，有部份机车曾出现其蓄电池充电电压过低的问题，其原因包括电池由出厂到装车之间的库存期过长、充电时间不足等引致的。

另外，机车运行环境的温度也会对其蓄电池容量有影响。

[16]

除此之外，在首57辆服役的机车中，其中10辆曾发生牵引电动机电流与电压过高的问题，其原因为在机车制造期间，厂方未正确选择机车速度传感器的接口电路板，使机车在运行期间，其控制板不能测量当前运行速度，使牵引逆变器的输入电流与电压出现错误，导致牵引电动机有机会过压过流。

通过改用与传感器匹配的接口电路板，其问题也得以解决。

[15]

[编辑]事故记录

▪2008年9月3日早上，一辆HXD3型机车，于行驶京沪线10135次途中突然起火，火警于消防抵达后20分钟救熄。

[17]

▪2010年5月23日2时10分，一辆HXD3型机车（编号HXD3-0199〕牵引K859次〔某某南－某某〕，运行至某某省境内沪昆铁路余江至东乡间〔K699＋700米处〕发生意外，机车与其后九节车厢出轨，中断上下行线路行车，多人伤亡，机车其后报废，并被HXD3-8199机车取代。

详见2010年沪昆铁路列车脱轨事故。

[编辑]其他

在这款机车推出之前，某某机车厂一款名为“天梭〞的交流传动客运电力机车，也曾被称为DJ3。

HXD3“和谐〞3型电力机车

动力种类

电力

设计

东芝、某某机车

生产

东芝、某某机车、

二七轨道交通装备、

某某电力机车

型号

SSJ3,DJ3,SL1,HXD3

机车编号

HXD30001－HXD30890

HXD38001－HXD38150

生产年份

2003年（SSJ3）

2006年－2009年（HXD3）

产量

1（SSJ3）

1040（HXD3）

主要用户

中华人民某某国

运用地点

中国广泛电气化铁路干线

别称

猴子、电猴、蛋3

UIC轴式

Co'Co'

轨距

1,435mm

转向架

TT-78

轴重

23t/25t

整备重量

138t/150t

受流电压

交流25kV/50Hz

传动方式

牵引变流器：

东芝4,500V900AIEGT

驱动装置：

福伊特SET-553

牵引电动机

东芝SEA-107/ 永济 YJ85A ×6

最高速度

136km/h（试验，SSJ3）

132km/h（试验，HXD3）

120km/h（营运）

牵引功率

7,200kW

牵引力

520/570kN（起动）

370/400kN（持续）